Nhng với môn học thiết kế mạch logic , mục đích là tiếp cận với việc ứng dụng kỹ thuật số vào cuộc sống nên hệ thống đợc thiết kế trong đề tài này là một hệ thống điều khiển thang máy tố
Trang 1Báo cáo môn học
Môn:Thiết kế mạch logic
Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy
Mục lục
I. Giới thiệu………
2
2. Giới thiệu kỹ thuật số……… …
2
3
1. Thực tế……….……… …
3
a. Hệ thống thang máy thực tế……… … 3
b. Hoạt động……… …
3
2. ý tởng……… …
3
III. giới thiệu linh kiện sử dụng………
4
1. Cổng lôgic……… ……… … ……… …………
4
2. IC giải mã……… …………
5
5
4. Rơle điện áp 5v……… …………
5
5. Vi điều khiển AT89C51………
6
Trang 2A. Sơ đồ khối hệ thống……… ………
7
B. Thiết kế ý tởng………
7
1. Khối yêu cầu và báo tầng………
7
2. Khối điều khiển Cabin và cửa………
9
3. Khối chỉ thị yêu cầu………
9
4. Khối chỉ thị hoạt động………
9
5. Khối điều khiển trung tâm………
10
a. Lớp so sánh ……… ………
10
b. Hoạt động hệ thống trong các Mode 10
c Lớp điều khiển chỉ thị yêu cầu……… ……… 11
6. Yêu cầu mỗi khối……… ……….………….…
11
V. thiết kế mạch nguyên lý………
11
1. Mạch lập mã………
11
2. Mạch hiển thị tầng ……… ……
12
3. Các khối điều khiển hoạt động………
12
4. Khối điều khiển trung tâm……… … ……
12
VI. chơng trình điều khiển……… ……
13
1. Đồ hình chơng trình……… ……
14
2. Chơng trình điều khiển……….………
15
15
Trang 3i Giới thiệu
1 Giới thiệu đề tài
Cùng với sự phát triển của xã hội, nhà cao tầng ngày càng nhiều để phù hợp với yêu cầu của cuộc sống Thang máy trở nên rất quan trọng và tiện lợi hơn rất nhiều so với cầu thang bộ.Thang máy giúp con ngời tiết kiệm thời gian và sức lực
Hệ thống điều khiển thang máy rất phức tạp, nhất là đối với kĩ thuật tơng
tự Tuy nhiên, với sự phát triển của kĩ thuật số đã giúp cho hệ thống điều khiển thang máy đợc đơn giản hơn
Trong thực tế, hệ thống điều khiển thang máy rất phức tạp cho nhiều kiểu nhà khác nhau Nhng với môn học thiết kế mạch logic , mục đích là tiếp cận với việc ứng dụng kỹ thuật số vào cuộc sống nên hệ thống đợc thiết kế trong đề tài này là một hệ thống điều khiển thang máy tối đa là chín tầng hoạt động theo chế
độ taxi
2 Giới thiệu kỹ thuật số
Kỹ thuật số (Digital) là một kỹ thuật mới trong nghiên cứu và ứng dụng tín hiệu điện Nhng khác với kỹ thuật tơng tự, nghĩa là với tín hiệu vào và ra có cùng dạng biến đổi, kỹ thuật số là sự tổ hợp các mức tín hiệu để tạo thành các mã Trong kỹ thuật số hiện đại ngời ta dùng hệ số nhị phân Tuy không thể bỏ qua kỹ thuật tơng tự nhng ta cũng nhận thấy rằng kỹ thuật số đã đem lại nhiều thành công lớn trong kỹ thuật, dân dụng, và nhiều lĩnh vực bên ngoài
Trang 4
II ý tởng
1 Thực tế
a Hệ thống thang máy thực tế gồm
Hệ thống điều khiển Cabin
- Hệ thống cửa
- Hệ thống yêu cầu
- Hệ thống chỉ thị yêu cầu
- Báo hiệu quá tải
- Bộ điều khiển trung tâm
- Hệ thống cấp thông tin và năng lợng …
Cabin luôn ở chế độ chờ nghĩa là:
- Khi Cabin đang trong chế độ không tải (Không chuyển động) thì Cabin luôn chờ chỉ thị ngời sử dụng Khi có lệnh từ ngời sử dụng, hệ thống xử lý kiểm tra và quyết định hoạt động cho Cabin, hệ thống của,
hệ thống thông báo hay hệ thống báo động
- Khi Cabin đang hoạt động nếu ngời sử dụng ra chỉ thị, bộ điều khiển trung tâm sẽ nhận tín hiệu và kiểm tra hoạt động hiện thời và hoạt
động yêu cầu để đa ra quết định tiếp tục hoạt động hay ngừng hoạt
động của Cabin
Thiết kế 1 Hệ thống điều khiển thang máy gồm:
- Hệ thống điều khiển Cabin
- Hệ thống cửa
- Hệ thống yêu cầu ( chế độ hiển thị tầng )
- Hệ thống chỉ thị yêu cầu
- Khối điều khiển trung tâm
Trang 5- Hệ thống chỉ thị hoạt động ( tăng lên hoặc giảm )
Hoạt động : làm việc theo chế độ taxi.
Có nghĩa là : Cabin có thể lên xuống theo yêu cầu nhng không chấp nhận ngắt hoạt động hiện hành Hệ thống chỉ nhận lệnh khi có thông báo Cabin đang không làm việc và bỏ qua tất cả các yêu cầu khi Cabin đang hoạt động Khi Cabin không hoạt động hệ thống chấp nhận yêu cầu Thông tin về tầng đang hiện hành và thông tin về tầng yêu cầu đến đợc lu lại và so sánh Nếu chỉ số tầng hiện hành lớn hơn chỉ số tầng yêu cầu đến thì hệ thống ra tín hiệu cho Cabin đi xuống Nếu chỉ số tầng hiện hành nhỏ hơn chỉ số tầng yêu cầu đến thì
hệ thống ra tín hiệu cho Cabin đi lên Nếu hai chỉ số này bằng nhau thì hệ thống cho cửa mở, sau một thời gian định trớc thì cho đóng lại và chờ chỉ thị tiếp theo
Và trong quá trình vận hành của Cabin hệ thống luôn lu lại hai chỉ số đó và Cabin chỉ ngừng hoạt động khi hai chỉ số này bằng nhau
III Giới thiệu linh kiện sử dụng
1 Cổng logic
Trong thiết kế ta chỉ sử dụng cổng OR trong IC74LS32
IC74LS32 : là một IC chứa 4 cổng or có sơ đồ chân nh sau:
A1 B1 Y1 A2 B2 Y2 GND VCC A4 B4 Y4 A3 B3 Y3
Trang 62 IC giải mã
Trong thiết kế đề tài ta dùng IC giải mã 74LS47
IC74LS47 là IC giải mã cho đèn LED 7 thanh với đầu vào mã BCD và
đầu ra là 7 đầu đa vào 7 chân của LED 7 thanh
3 Đèn LED
Là loại Rơle dùng đóng ngắt mạch bằng dòng 5V Khi có dòng 5V một mạch từ đợc đóng lại Vì vậy ta có thể dùng loại Rơle này để đóng các mạch dung nguồn lớn hơn 5V
74LS47 VCC f g a b c d e
B C D A GND
Chân - + LED đơn
g f 5 v a b
e d c
LED 7 thanh
RY5W-K
1 2 3 4
8 7 6 5
Trang 7Chân 1, 8 : là hai chân điều khiển, khi có hiệu điện thế 5v trên hai đầu chân này thì mạch từ đợc đóng
Chân 2, 3, 4 : khi mạch từ đợc đóng thì hai chân 2, 4 đợc nối, con khi mạch từ mở thì 3, 4 đợc nối
Chân 5, 6, 7 : khi mạch từ đợc đóng thì hai chân 5, 7 đợc nối, con khi mạch từ mở thì 5, 6 đợc nối
5 Vi điều khiển A89C51
Đây là IC vi điều khiển (Micro Controller) hoạt động theo chơng trình lập trình trớc IC này có 3 Port có thể vào ra dữ liệu digital (các tín hiệu điện 5v,0v) Chơng trình lập trình trớc đợc đa vào ROM của IC này Và ta có thể lập trình cho ROM hoạt động nh một mạch số học bình thờng với đầy đủ các chức năng Chơng trình dành cho đề tài này nằm trong phần cuối báo cáo
P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4
P3.5 P3.6 P3.7 XTAL2 XTAL1 GND
VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7 EA/VPP ALE PSEN P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4
P2.5 P2.6 P2.7
Trang 8IV Mô tả chi tiết
1 Khối yêu cầu và báo tầng
Hai khối này có nguyên tắc hoạt động và cấu tạo tơng tự nhau
Khối
bàn
phím
Khối
điều khiển trung tâm
Khối hiển thị tầng
Khối
báo
Motor
Chỉ thị hoạt động
HìNH 1 : SƠ Đồ KhốI Hệ THốNG ĐIềU KHIểN THANG MáY
Bộ lập mã
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7 I
9 đầu vào Mã BCD được lập
A B C D
Trang 9Đây là 1 mạch logic gồm 9 đầu vào tích cực mức cao va 4 đầu ra dới dạng mã BCD có thể gọi đây là 1 khối lập mã BCD
Số V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9Giá trị đầu vào DGiá trị đầu raC B A
Bảng chân lý bộ giải mã
Đầu ra ta chỉ chấp nhận mã từ 0000 1001 Nh vậy trong bộ này ta không chấp nhận giá trị V=1 cung lúc vì nh vậy sẽ tạo ra 1 mã khác
Sự khác nhau giữa khối yêu cầu và khối báo tầng:
- Trong khối yêu cầu: Đầu vào giải mã (9 chân) của khối đợc nối với 1 bàn phím chín nút Bàn phím đợc thiết kế sao cho khi 1 phím đợc nhấn
giá trị đầu vào bộ giải mã có tên ứng với giá trị trên phím là mức
“H”(=1) Tất cả các đầu còn lại = 0, nếu không có phím đợc nhấn thì tất cả các đầu = “L”(=0)
- Trong khối báo tầng: 9 đầu vào mạch giải mã đợc nối với 9 đầu vào chuyển mạch dùng theo nguyên tắc cơ học (Khi cabin tới một tầng thì
đầu vào tầng đó đợc ứng với mức logic “1” còn tất cả các đầu còn lại bằng “0”)
- Trong thực tế ngời ta dùng chuyển mạch từ Trong đề tài này ta dùng chuyển mạch cơ khí (tiếp xúc kim loại)
Trang 10Dùng hai tín hiệu để điều khiển chiều quay của motor 1 chiều 16 vôn điện
áp Một tín hiệu điền khiển quay thuận, 1 tín hiệu điều khiển quay ngợc Hai tín hiệu này không bao giờ đồng thời ở mức cao Ta dùng 2 rơle 5V đóng mạch tối
đa 30V Một rơle nhận tín hiệu để điều khiển quay thuận, 1 rơle nhận tín hiệu
để điều khiển quay ngợc Tín hiệu điều khiển hai motor này lấy trực tiếp từ vi xử
lý sử dụng 4 bit trong 1 Port của Vi xử lý Ta lập trình vi xử lý để hai motor không hoạt động cùng một lúc
Khi cabin đang chuyển động thì cửa không mở và ngợc lại
Mục đích : Thông báo cho ngời sử dụng biết cabin tầng yêu cầu đến và tầng hiện tại Trong trờng hợp cabin đứng yên, cả 2 LED 7 thanh đều hiển thị số thứ tự tầng hiện tại Ta đa mã từ khối điều khiển trung tâm qua một bộ giải mã tới LED 7 thanh
4 Khối chỉ thị hoạt động
Gồm 4 LED chỉ thị trạng thái hoạt động của cabin Trong một thời điểm bất kỳ chỉ duy nhất một đèn sáng
Đèn 1 : Thông báo cabin đang lên
Đèn 2 : Thông báo cabin đang xuống
Đèn 3 : Thông báo cửa cabin đang mở
Đèn 4 : Thông báo cabin nghỉ
4 LED đợc điều khiển bởi 4 bit trong port 2 từ khối điều khiển trung tâm
Bảng trạng thái hoạt động
Trạng thái
hoạt động Đèn báo lên Đèn báo xuống Đèn báo nghỉ Đèn báo mở của
Trang 115 Khối điều khiển trung tâm
Là một bộ so sánh 4 bit (8 đầu vào) A và B có 3 đầu ra
A > B đầu ra 1 = “1” , đầu ra 2,3 = “0” -> Mode 1
A = B đầu ra 2 = “1” , đầu ra 1,3 = “0” -> Mode 2
A < B đầu ra 3 = “1” , đầu ra 2,1 = “0” -> Mode 3
3 đầu ra này sẽ điều khiển hoạt động khối cơ khí nh sau:
- Mode1 : Thang máy lên tới khi co báo hiệu tầng đang qua trùng tầng cần đến
- Mode2 : Thang máy xuống tới khi co báo hiệu tầng đang qua trùng tầng cần đến
- Mode3 : Cửa mở
Mã BCD từ:
bàn phím A
cabin B
Hiển thị:
Tầng hiện
hành
Tầng yêu
cầu
Lớp
so sánh 4 bít
Lớp nhận lệnh
và thi hành
Lớp hiển thị hoạt
động
Lớp hiển thị
điều khiển
chỉ thị
Mô tả hoạt động của khối điều khiển trung tâm
Trang 12c Lớp điều khiển thị yêu cầu
Nhận trực tiếp mã từ bàn phím và cabin để đa ra LED 7 thanh
Phải lu đợc trạng thái cũ trớc khi trạng thái mới đợc xác lập :
Với các IC số học bình thờng (Automat có nhớ và không nhớ) ta sử dụng việc lu trạng thái bằng các Flip-Flop Với kỹ thuật Vi xử lý ta dùng các thanh ghi
v thiết kế mạch nguyên lý
1 Mạch lâp mã
Từ phân tích trong phần IV/1 và bảng chân lý ta có:
A = V1+V3+V5+V7+V9
B = V2+V3+V6+V7
C = V4+V5+V6+V7
D =V8+V9
Vì vậy ta đa ra mạch sau:
1 2
3
9
1 0
8
1
12
13 11
C
12 13
11
1
9
10 8
B
4 5
6
12
13 11
4
v1 v2 v3 v4 v5 v6 v7 v8 v9
A
Mạch lập mã BCD 9 đầu vào
Trang 132 Mạch hiển thị tầng
Mạch hiển thị tầng hiện hành cũng nh tầng cần đến là tơng đơng, chỉ khác là đầu vào mạch hiển thi tầng yêu cầu đến nhận tín hiệu từ 4 bit cao của Port 2 còn mạch hiển thi tầng hiện hành nhận tín hiệu từ các bit còn lại của Port 2
74LS47
7 1 2 6
4 5
3
13 12 11 10 9 15 14
D0 D1 D2 D3
BI/RBO RBI
LT
A B C D E F G
c
.
d e
gf
a b
3 Các khối điều khiển hoạt động
Nh đã nói phần trên ta dùng hai tín hiệu để điều khiển hoạt động của các motor (Motor Cabin cũng nh Motor cửa)
Mạch điều khiển đợc thiết kế nh sau:
4 Khối điều khiển trung tâm
16 v DC Thuận
Ngược
16 v D
Motor
Rơle
Rơle
Mạch điều khiển Motor
Mạch giải mó BCD -> LED 7 thanh
Trang 14VI Chơng trình điều khiển
1 Đồ hình chơng trình
14
Start
Báo trạng thái nghỉ Kiểm tra phím bấm
A=B
Mã phím vào A Mã Cabin vào B
Có bấm
Mở cửa
Đóng cửa
End
A<B
đúng
sai
Cho ra hiển thị
Mã Cabin vào B Cho ra hiển thị
Mã Cabin vào B Cho ra hiển thị Cho ra hiển thị
Trang 152 Chơng trình điều khiển
Dòng
1 $DEBUG
2 $NOPAGING
3 $NOSYMBOLS
4 ; FILE : THANGMAY SCR
5 ;**********************************************************
6 ; CHUONG TRINH CHO DIEU KHIEN THANG MAY
7 ;**********************************************************
8 MAIN : CALL IN_bcd ; Nhập mã từ bàn phím
9 JC action ; Cho hoạt động
10 sjmp main ; lặp lại
11 ;**********************************************************
12 ;in_bcd : Nhập mã số là mã BCD từ bàn phím có chống nẩyphím khi ấn
13 ;và khi nhả ( lặp lại cho 50 lần mỗi khi ấn hoặc nhả )
Trang 1616 back : call get_key ; gọi trình nhận phím
17 jnc in_bcd ; nếu cờ nhớ=0 nhẩy
18 djnz r3, back ;giảm nhẩy tới khi R3=0
19 push acc ; cất vào stack
20 back2 : mov r3 , #50 ; số đếm là 50
21 back3 : call get_key ; goi trình nhận phím
22 jc back2 ; cờ C=0 nhẩy
23 djnz r3 , back3 ; r3 khác 0 nhẩy
24 pop acc ; lấy ra khỏi stack
25 ret ; kết thúc
26 get_key : mov a , P0 ; đa p0 vào a
27 anl a , #f0h ; lấy phần cao
29 cjne a, #00h , done ; nếu A khác 0 done
32 done : setb c ; đọc đợc phím với C=1
33 exit : ret ; kết thúc trình con
34 ;**********************************************************
35 ; nh vậy ta đã có mã bàn phím trong A mã Cabin trong B
36 ;**********************************************************
37 ;**********************************************************
38 ;action : Trình con điều khiển hoạt động cho toàn hệ thống
39 ;chức năng : so sánh hai giá trị trong hai thanh ghi A và B để đa ra
40 ;hoạt động
41 ;**********************************************************
42 action : mov r6 , a ; đa mãbànphímvào R6
43 mov b , r6 ; đa mã bàn phím vào B
45 anl a , #0f ; chỉ lấy mã cabin
46 cjne a , b , up_down ; so sánh mã cabin và
47 sjmp mocua ; bàn phím, bằng nhau thì
48 ljmp esc ; mở cửa, khác lên xuống
49 ;**********************************************************
50 ; Trình con mở của khi nhận kết quả bằng trong phép so sánh mã bàn
Trang 1751 ;phím và mã Cabin
52 ; **********************************************************
53 mocua : mov r5 , a ; đa mã Cabin vào r5
54 mov a , b ; đa mã phím vào a
56 orl a , r5 ;Hợp mã phím và mã cabin
58 mov p1 , #00010010b ; đa ra p1 lệnh mở cửa
59 mov r5 , #0ffh ; cho số đếm
60 wait1 : djnz r5 , wait1 ; đếm r5
61 mov p1 , #00000010b ; tạm dừng chờ vào
62 mov r5 , #0ffh ; cho số đếm
63 wait2 : djnz r5 , wait2 ; đếm R5
64 mov p1 , #00100010b ; tạm dừng chờ đóng
65 mov r5 , #0ffh ; cho số đếm
66 wait3 : djnz r5 , wait3 ; đếm R5
68 ;**********************************************************
69 ; Trình con điều khiển lên xuống khi nhận kết quả không bằng trong
70 ;phép so sánh mã bàn phím và mã Cabin
71 ; **********************************************************
72 Up_down : jc down ; cờ nhớ bằng 1 down
74 ;**********************************************************
75 ; Trình con điều khiển xuống khi nhận kết quả kém trong phép so sánh
76 ; mã bàn phím và mã Cabin
77 ;**********************************************************
78 down : mov p1 , #01000100b ; cho lệnh xuống
79 mov r6 , a ; cho mãcabin vào r6
80 mov a , b ; cho mã phím vào a
83 mov p1 , A ; đa hai mã ra hiển thị
Trang 1887 ; m· bµn phÝm vµ m· Cabin
88 ;**********************************************************
89 up : mov p1 , #10001000b ; ®a ra chØ thÞ lªn
90 mov r6 , a ; cho m·cabin vµo r6
mov a , b ; cho m· phÝm vµo a
93 mov p1 , A ; đa hai m· ra hiÓn thÞ
95 ;**********************************************************
96 ; Tr×nh con hç trî tho¸t
97 ;**********************************************************
98 sc : ret ; tho¸t ch¬ng tr×nh con
